分布式环境下的定时任务

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单点定时任务

JDK原生

自从JDK1.5之后，提供了ScheduledExecutorService代替TimerTask来执行定时任务，提供了不错的可靠性。

public class SomeScheduledExecutorService {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建任务队列，共 10 个线程
        ScheduledExecutorService scheduledExecutorService =
                Executors.newScheduledThreadPool(10);
        // 执行任务: 1秒 后开始执行，每 30秒 执行一次
        scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(() -> {
            System.out.println("执行任务：" + new Date());
        }, 10, 30, TimeUnit.SECONDS);
    }
}

Spring Task

Spring Framework自带定时任务，提供了cron表达式来实现丰富定时任务配置。新手推荐使用https://cron.qqe2.com/这个网站来匹配你的cron表达式。

@Configuration
@EnableScheduling
public class SomeJob {
    private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(SomeJob.class);

    /**
     * 每分钟执行一次（例：18:01:00，18:02:00）
     * 秒 分钟 小时 日 月 星期 年
     */
    @Scheduled(cron = "0 0/1 * * * ? *")
    public void someTask() {
       //...
    }
}

单点的定时服务在目前微服务的大环境下，应用场景越来越局限，所以尝鲜一下分布式定时任务吧。

基于 Redis 实现

相较于之前两种方式，这种基于Redis的实现可以通过多点来增加定时任务，多点消费。但是要做好防范重复消费的准备。

通过ZSet的方式

将定时任务存放到ZSet集合中，并且将过期时间存储到ZSet的Score字段中，然后通过一个循环来判断当前时间内是否有需要执行的定时任务，如果有则进行执行。

具体实现代码如下：

/**
 * Description: 基于Redis的ZSet的定时任务 .<br>
 *
 * @author mxy
 * @Date 2020/8/25 11:54
 */
@Configuration
@EnableScheduling
public class RedisJob {
    public static final String JOB_KEY = "redis.job.task";
    private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(RedisJob.class);
    @Autowired private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    /**
     * 添加任务.
     *
     * @param task
     */
    public void addTask(String task, Instant instant) {
        stringRedisTemplate.opsForZSet().add(JOB_KEY, task, instant.getEpochSecond());
    }

    /**
     * 定时任务队列消费
     * 每分钟消费一次（可以缩短间隔到1s）
     */
    @Scheduled(cron = "0 0/1 * * * ? *")
    public void doDelayQueue() {
        long nowSecond = Instant.now().getEpochSecond();
        // 查询当前时间的所有任务
        Set<String> strings = stringRedisTemplate.opsForZSet().range(JOB_KEY, 0, nowSecond);
        for (String task : strings) {
            // 开始消费 task
            LOGGER.info("执行任务:{}", task);
        }
        // 删除已经执行的任务
        stringRedisTemplate.opsForZSet().remove(JOB_KEY, 0, nowSecond);
    }
}

适用场景如下：

订单下单之后15分钟后，用户如果没有付钱，系统需要自动取消订单。
红包24小时未被查收，需要延迟执退还业务；
某个活动指定在某个时间内生效&失效；

优势是：

省去了MySQL的查询操作，而使用性能更高的Redis做为代替；
不会因为停机等原因，遗漏要执行的任务；

键空间通知的方式

我们可以通过Redis的键空间通知来实现定时任务，它的实现思路是给所有的定时任务设置一个过期时间，等到了过期之后，我们通过订阅过期消息就能感知到定时任务需要被执行了，此时我们执行定时任务即可。

默认情况下Redis是不开启键空间通知的，需要我们通过config set notify-keyspace-events Ex的命令手动开启。

开启之后定时任务的代码如下:

自定义监听器

/**
  * 自定义监听器.
  */
public class KeyExpiredListener extends KeyExpirationEventMessageListener {
    public KeyExpiredListener(RedisMessageListenerContainer listenerContainer) {
        super(listenerContainer);
    }

    @Override
    public void onMessage(Message message, byte[] pattern) {
        // channel
        String channel = new String(message.getChannel(), StandardCharsets.UTF_8);
        // 过期的key
        String key = new String(message.getBody(), StandardCharsets.UTF_8);
        // todo 你的处理
    }
}

设置该监听器

/**
 * Description: 通过订阅Redis的过期通知来实现定时任务 .<br>
 *
 * @author mxy
 * @Date 2020/8/25 12:07
 */
@Configuration
public class RedisExJob {
    @Autowired private RedisConnectionFactory redisConnectionFactory;
    @Bean
    public RedisMessageListenerContainer redisMessageListenerContainer() {
        RedisMessageListenerContainer redisMessageListenerContainer = new RedisMessageListenerContainer();
        redisMessageListenerContainer.setConnectionFactory(redisConnectionFactory);
        return redisMessageListenerContainer;
    }

    @Bean
    public KeyExpiredListener keyExpiredListener() {
        return new KeyExpiredListener(this.redisMessageListenerContainer());
    }
}

Spring会监听符合以下格式的Redis消息

private static final Topic TOPIC_ALL_KEYEVENTS = new PatternTopic("__keyevent@*");

基于Redis的定时任务能够适用的场景也比较有限，但实现上相对简单，但对于功能幂等有很大要求。从使用场景上来说，更应该叫做延时任务。

场景举例:

订单下单之后15分钟后，用户如果没有付钱，系统需要自动取消订单。
红包24小时未被查收，需要延迟执退还业务；

优劣势是：

被动触发，对于服务的资源消耗更小；
Redis的Pub/Sub不可靠，没有ACK机制等，但是一般情况可以容忍；
键空间通知功能会耗费一些CPU

分布式定时任务

引入分布式定时任务组件or中间件

将定时任务作为单独的服务，遏制了重复消费，独立的服务也有利于扩展和维护。

quartz

依赖于MySQL，使用相对简单，可多节点部署，通过竞争数据库锁来保证只有一个节点执行任务。没有图形化管理页面，使用相对麻烦。

elastic-job-lite

依赖于Zookeeper，通过zookeeper的注册与发现，可以动态的添加服务器。

多种作业模式
失效转移
运行状态收集
多线程处理数据
幂等性
容错处理
支持spring命名空间
有图形化管理页面

LTS

依赖于Zookeeper，集群部署,可以动态的添加服务器。可以手动增加定时任务，启动和暂停任务。

业务日志记录器
SPI扩展支持
故障转移
节点监控
多样化任务执行结果支持
FailStore容错
动态扩容
对spring相对友好
有监控和管理图形化界面

xxl-job

国产，依赖于MySQL,基于竞争数据库锁保证只有一个节点执行任务，支持水平扩容。可以手动增加定时任务，启动和暂停任务。

弹性扩容
分片广播
故障转移
Rolling实时日志
GLUE（支持在线编辑代码，免发布）
任务进度监控
任务依赖
数据加密
邮件报警
运行报表
优雅停机
国际化（中文友好）

总结

微服务下，推荐使用xxl-job这一类组件服务将定时任务合理有效的管理起来。而单点的定时任务有其局限性，适用于规模较小、对未来扩展要求不高的服务。

相对而言，基于spring task的定时任务最简单快捷，而xxl-job的难度主要体现在集成和调试上。无论是什么样的定时任务，你都需要确保：

任务不会因为集群部署而被多次执行。
任务发生异常得到有效的处理
任务的处理过慢导致大量积压
任务应该在预期的时间点执行

中间件可以将服务解耦，但增加了复杂度

JAVA 分布式定时任务